超聲彈性成像應用于移植腎的研究進展

拉瓊 楊錦茹

[摘要] 超聲彈性成像（UE）是一種對組織彈性敏感的成像技術，根據其原理可分為應變式和剪切波式兩大類彈性成像。應變式彈性成像利用探頭對組織進行一定的壓迫使組織形變，并將形變的程度轉化為彩色圖像，外力不可定的因素使其重復性變差且應變式彈性成像為定性或半定量，而剪切波式彈性成像無需向組織施壓，利用聲輻射力向組織進行傳播并使其形變，進而計算出相應組織的剪切波速度或楊氏模量值，其重復性較好，實現實時可視化雙模態顯像及定量反應組織硬度。隨著超聲彈性成像技術在評估移植腎術后狀態方面的研究不斷深入，目前在移植腎纖維化、腎功能及急慢性排斥反應方面已取得一定的研究成果。隨著腎實質纖維化及腎功能的減退，腎組織彈性指標逐漸增大，并有研究發現其在反應移植腎病理狀態方面比常規彩色多普勒及腎功指標敏感，但由于腎臟結構復雜，內部結構分布不均，超聲彈性成像技術應用于移植腎會受到許多因素的影響，需要更進一步研究使其在移植腎臨床診療中發揮更大的作用。

[關鍵詞] 超聲;彈性成像;移植腎;纖維化;排異反應

[中圖分類號] R445.1 ? ? ? ? ?[文獻標識碼] A ? ? ? ? ?[文章編號] 1673-7210（2019）12（c）-0040-06

Research progress of the application of ultrasound elastography in transplanted kidney

LA Qiong ? YANG Jinru

Department of Ultrasound， the First Affiliated Hospital of Xi′an Jiaotong University， Shaanxi Province， Xi′an ? 710061， China

[Abstract] Ultrasonic elastography （UE） is an imaging technique sensitive to tissue elasticity. According to the principle， UE can be divided into two types of elastic imaging： strain-type and shear-wave. The strain-type elastography uses the probe to compress the tissue to make the tissue deform， and converts the degree of deformation into color image. The non-determinable factors of external force make the repeatability become worse and strain-type elastography is qualitative or semi-quantitative. The shear-wave elastography does not need to apply pressure to the tissue. The acoustic radiation force is used to propagate and deform the tissue， and then the shear wave velocity or young′s modulus of the corresponding tissue is calculated. The repeatability is good， realizing real-time visualization of dual-mode imaging and quantitative reaction of tissue hardness. With the development of ultrasound elastography in evaluating the postoperative status of renal transplantation， some achievements have been made in renal fibrosis， renal function and acute and chronic rejection. With fibrosis of renal parenchyma and renal function impairment， renal tissue elasticity index increased gradually， and studies have found that in transplant renal pathology reaction than conventional color doppler and renal function index sensitive， due to the complex structure of kidney， internal structure distribution. The application of ultrasound elastography to kidney transplantation is affected by many factors， and further research is needed to make it play a greater role in the clinical diagnosis and treatment of kidney transplantation.

[Key words] Ultrasound; Elastography; Transplanted kidney; Fibrosis; Rejection reaction

腎移植手術是治療終末期腎衰竭的最終選擇，近年來隨著配型技術水平的提高、移植手術技術的不斷完善以及大量新型免疫抑制藥物的廣泛應用，腎移植的圍術期并發癥發生率明顯降低，尤其是1年內的急性排斥反應的發生率。有數據顯示，1年內移植腎存活率可達到90%甚至更高[1]，但移植腎的長期存活率并未得到顯著的改善，2015年數據顯示，移植腎長期存活率與前十年的差異不大，供腎為活體或尸體的移植腎10年內的存活率為59%、43%，近半數的移植腎在10年內將逐漸喪失功能[2]。這與腎移植術后發生一系列并發癥的早期篩查及缺乏先進的診療手段有著一定的關系，目前診斷移植腎腎病的傳統方法，如臨床癥狀、實驗室檢查、常規超聲檢查均缺乏特異性。目前國際上公認的診斷移植腎腎病的“金標準”為組織學活檢[3]，但其為有創性檢查，即便在超聲引導下進行也會有發生并發癥的風險，如腎周血腫、血尿、動靜脈瘺、感染以及其他臟器的損害等[4-5]，應用于臨床受到很大的限制，因此引入一種無創、特異性高的診斷技術尤為重要。彈性是生物組織的重要特性，不同組織在不同病理狀態下其彈性也不同，而超聲彈性成像技術利用其特定的病理或生理過程引起軟組織彈性變化的生物力學特性，進而達到診斷疾病的目的，具有實時、動態、無創性及重復性好的優點。近年來各類超聲彈性成像技術能否評估移植腎術后狀態方面的研究仍存在爭議，目前尚缺乏統一的診斷標準。本文就其國內外研究進展闡述如下：

1 超聲彈性成像技術的分類、原理

超聲彈性成像最早于20世紀90年代被提出[6]，經過20多年的臨床實踐，從定性評估到定量評估組織硬度，已得到進一步發展和完善。歐洲超聲生物學與醫學委員會（EFSUMB）于2017年發布了目前幾種超聲彈性成像的應用指南[7]。根據其原理可分為應變彈性成像和剪切波彈性成像，應變彈性為首次引入彈性成像，包括助力式和聲力式應變成像，剪切波彈性成像經歷了3代：第1代一維瞬時剪切波彈性成像;第2代點式剪切波彈性成像;第3代實時剪切波彈性成像。

1.1 實時組織彈性成像（real-time tissue elastography，RTE）

RTE為典型的助力式應變彈性成像，其基本原理為檢查者對被檢查部位給予一定的壓迫并需要保持一定的振動頻率，將感興趣區域的壓迫前后回聲信號移動幅度與周圍組織相比較，并將其變化轉化為實時彩色圖像，藍色到紅色表示組織從“軟”到“硬”的變化，或是組織壓迫前后回聲信號移動幅度與周圍正常組織相比較，進行半定量測量，一般應變比>1表明目標組織壓縮小于參考組織，目標組織應變小而硬度高[7-9]，然而這種施壓外力的大小無法保證完全相同，因此這種彈性成像的最大弱點為重復性差、人為依賴太大，隨著深度的增加彈性成像的準確度下降，最重要的一點是這種技術無法提供準確的彈性模量值，手動壓迫對于乳房、甲狀腺等淺表器官比較可信[10]，但對肝臟、腎臟等深部器官的彈性成像具有挑戰性[11]。

1.2 瞬時彈性成像（transient elastography，TE）

TE為一維式剪切波彈性成像，其基本原理是對受檢部位施加一低頻機械振動，使其產生一種垂直于體表傳播的剪切波，然后用一維深度方向的超聲檢測組織內部的剪切波的振幅、相位及波速等參數，進而計算出相應感興趣區表征組織彈性的數據[7]。作為最早出現的一個可以定量提供組織彈性的超聲彈性成像技術，它只能提供剪切波的機械信號，只是簡單的測值，無通用超聲彈性圖像，測量時操作者不易避開大血管，不具備定位引導功能，不能在二維上實時精確定位移植腎實質位置，只有對移植腎位置及解剖關系特別有經驗的醫生才能獲得較好的監測效果，故在臨床中的應用也是相當有限的，除慢性肝病肝纖維化的相關診斷方面已通過驗證外[12]，目前應用于淺表器官的研究尚缺乏，而且這種技術剪切波的振動體感明顯，部分患者不易接受。

1.3 聲輻射力脈沖彈性成像（acoustic radiation force impulse impuise imaging，ARFI）

ARFI為單點式剪切波彈性成像，基本原理是利用探頭發射不同角度的聲速到組織感興趣區某一特定深度并聚焦于此，使感興趣區產生不同方向即縱向和橫向形變[7]。由于此技術不依賴外力這一特點，避免了傳統的彈性成像技術外力不可定的缺點。但是該技術需要很大的聲能才能產生剪切波，一次聚焦后使得探頭局部過熱大約需要3～8 s的冷卻時間才能進行下一次檢查，因此完成整個檢查的耗時較長，而且此技術對輻射劑量安全方面也有不足之處，最重要的是它也只可提供剪切波的傳播速度值，無法直接提供彈性模量值[9]，該技術目前在淺表及深部器官方面的研究也均較多[13]。

1.4 實時剪切波彈性成像（shear wave elastrography，SWE）

SWE為實時二維式剪切波彈性成像，其原理是采用探頭發射不同角度的聲速連續聚焦形成單個剪切波源，然后該波源快速垂直向感興趣的組織深部繼續移動并形成一列移動波源，其橫向波傳波速度比較慢（1～10 m/s），故緊接著就利用超高速聲輻射脈沖剪切波（supersonic shear imaging，SSI）產生“馬赫錐”現象，通過超高速成像技術（其幀頻可高達數千乃至1萬幀/s），得到實時剪切波彈性成像，最后定量測量反映感興趣部位彈性的楊氏模量值[7]。該技術跨越了傳統超聲彈性成像上的幾大技術瓶頸，如重復性差、外力不可定、人為依賴性大、半定量、隨著深度的增加準確性降低等的缺點。目前該項技術在淺表器官及深部器官方面已有許多研究[14]。

2 不同超聲彈性成像技術應用于移植腎的現狀

2.1 RTE技術應用于移植腎

Johannes等[15]對112例移植腎患者（其中19例行穿刺活檢）進行研究得出Banff等級0級與2～3級移植腎患者之間的應變率比值差異有統計學意義（P = 0.024）;Banff等級0級與1級、1級與2～3級間的彈性值差異無統計學意義（P = 0.88、P = 0.056），間接提示這項研究結果只適用于移植腎部分纖維化程度的評估。Orlacchio等[16]對50例臨床懷疑纖維化的移植腎患者彈性成像當天進行穿刺活檢研究，輕度纖維化（F1）、中度纖維化（F2）及重度纖維化（F3）應變均值分別為（F1：56.27±8.73、F2：40.05±7.46、F3：27.25±3.77），發現每兩組間的彈性值差異均存在統計學意義，并建立中重度纖維化的彈性值ROC曲線，發現診斷中重度纖維化的敏感度和特異度分別達85.70%和95.45%，上述研究顯示RTE在移植腎部分纖維化程度方面是有用的。

李嫚[17]對34例腎移植患者（按肌酐高低水平分為正常組與慢性排斥組），發現兩組間髓質彈性值及皮髓質彈性比值的差異有統計學意義，而兩組間皮質區及腎竇區彈性參數比較，差異無統計學意義，間接來說只能通過移植腎髓質的彈性值評估移植腎術后腎功能的改變。牛寧寧等[18]對69例進行研究得出彈性參數（應變均值、藍色領域、峰度）與血肌酐之間有相關性，并對參數做出ROC曲線發現應變均值的敏感性達90.9%，從而認為RTE可以間接的反應慢性移植腎損傷。

祝志敏等[19]首先對55例移植腎患者（其中29例經穿刺證實為急性排異）進行研究發現排斥組皮質應變均值低于穩定組;當皮質應變均值為88.25時診斷為移植腎急性排斥反應，其診斷靈敏度為75.86%、特異度為96.15%;后續[20]進行超聲彈性5分法應用于移植腎術后腎功的研究，以3分為界，兩組之間的差異有高度統計學意義（P = 0.0001），彈性評分高的病例組平均肌酐值高。認為RTE可用于移植腎術后病情監測，并有助于早期診斷移植腎急性排斥反應。

2.2 TE技術應用于移植腎

Arndt等[21]對57例移植腎患者（其中20例行穿刺活檢）研究得出，移植腎實質彈性值與間質纖維化程度呈顯著正相關，并發現TE在追蹤移植腎實質結構隨時間的變化方面是最具有臨床價值，不少學者也得出類似的結果，Lukenda等[22]對51例（其中腎功能惡化的23例行穿刺活檢）進行研究也得出Banff等級為0～1級與2～3級之間彈性值差異有統計學意義。Nakao等[23]對31例診斷為CAN的移植腎患者（其中27例行穿刺活檢），發現Banff等級0級患者的彈性值明顯低于1級或2級患者，彈性值與間質纖維化程度呈顯著正相關，認為TE用于評估移植腎纖維化程度，但由于上述研究的樣本量不足，無法為每個Banff等級提供截斷值。

在評估移植腎術后腎功能改變方面有研究得到估算腎小球率過濾（estimated glomerular filtration rate，eGFR）與移植腎彈性值之間呈高度負相關[21]，eGFR> 50 mL/min的移植腎彈性值明顯低于eGFR≤50 mL/min的患者[eGFR>50 mL/min：（22.2±11.0）kPa;eGFR≤50 mL/min：（37.1±14.2）kPa]，即彈性值越高，其肌酐水平也越高，可用于評9估移植腎術后腎功能的改變。

2.3 ARFI技術應用于移植腎

Stock等[24]對18例移植腎患者在穿刺前三天內進行彈性成像，對穿刺結果進行Banff等級分級[5]，得出彈性值與纖維化程度呈中等正相關，BANFF從0～3級的肝臟聲觸診組織量化（VTQ）值范圍依次分別為2.1～3.3、1.92～3.34、3.07～3.39、3.23 m/s，從這個結果中可以看出不同等級之間的彈性值有重疊，其他學者的研究也出現同樣的情況[25-26]，這可能與該彈性成像技術彈性值目前只精確到0.1 m/s，很難區分細微差別有關。Stock等[27]在后續研究中發現 ARFI技術對不同類型移植腎慢性損傷的鑒別診斷很有幫助。但Syversveen等[26]對30例進行研究得出Banff各等級之間的VTQ值差異均無統計學意義，不僅如此，BANFF從0～3級的VTQ值范圍依次分別為1.6～3.6、1.8～3.5、1.6～3.0、1.8 m/s，該測值與上述兩位學者的測值相差甚遠，即隨著纖維化嚴重程度的增加剪切波速度反而減低，同時發現不同的操作者之間所測的彈性值相差較大，該因素難免會影響研究結果，并且該研究中Banff 3級的病例數只有1人，病例數亦可影響研究結果。

Marticorena Garcia等[28]對20例移植腎患者進行研究得出移植腎SWV值在腎功能正常組與腎功能障礙組之間差異有統計學意義，當以SWV值=3.25 m/s為截點時，診斷腎功能障礙的靈敏度為72.7%、特異度為71.4%，認為ARFI技術能較好的評估移植腎術后腎功能改變，腎功正常組的彈性值反而高于腎功障礙組[腎功正常組：（3.75±0.82）m/s、腎功異常組：（2.79±0.73）m/s]，這也與Syversveen等[26]的測值結果出現了同樣的情況，并猜測導致此情況是與腎功能障礙時腎間質毛細血管的萎縮導致血流灌注減少，降低腎臟硬度，掩蓋了由于纖維化引起的硬度的增加，并使用動脈自旋標記在兩組間進行超聲微血管成像分析有關，這種猜測也得到了支持。He等[29]對102例移植腎進行研究得出VTQ值與GFR呈高度負相關，與移植腎弓形動脈血管阻力指數（RI）之間相關性不顯著，多個學者也得出了類似的結果[24-25]，進一步研究發現移植腎弓形動脈RI與GFR之間也無相關性，因此認為VTQ值與葉間動脈RI值是與移植腎纖維化和腎功能障礙相關的兩個獨立因素，并且VTQ值對診斷移植腎功能異常比常規彩色多普勒RI值更敏感。Yang等[30]對115例移植術后1個月的患者根據肌酐水平分為急性排異組與非急性排異組，發現兩組間的彈性值差異有統計學意義，并創立了一個SEV的模型，包括剪切波速度、腎小球率過濾及腎臟體積的變化，可早期發現移植術后是否發生急性排異，同時發現VTQ值對移植腎功能異常的監測較血流動力學指標敏感，與上述其他學者的研究結果相一致，認為ARFI在評估移植腎功能方面是有用的。

2.4 SWE技術應用于移植腎

Ma等[31]對32例移植腎患者進行研究認為剪切波彈性成像可作為評估腎同種異體移植物纖維化的診斷工具，各觀察之間具有合理的一致性，并且彈性值發現早期腎小管間質纖維化的表現比血清肌酐檢測更敏感。 Grenier等[32]對43例穿刺活檢的移植腎患者進行研究的結果與Ma等[31]的恰恰相反，但發現移植腎彈性與所有腎臟基礎病變和慢性腎病的Banff總得分是相關的（r = 0.41、P = 0.03，r = 0.34、P = 0.05）。Early等[33]對70例腎移植患者進行研究，得出腎髓質彈性值與間質纖維化程度相關，而腎皮質與腎纖維化程度沒有相關性，認為腎髓質彈性值可用于評估移植腎纖維化程度，但腎穿刺活檢的取材部位主要在腎皮質區而并非腎髓質，因此該結果缺乏直接的相關性，需更大樣本及病理結果對照的研究去進一步驗證。

3 超聲彈性成像應用于移植腎的影響因素

移植腎超聲彈性成像的影響因素眾多，目前國內及國外學者對慢性肝病的許多研究表明血流動力學影響肝臟的硬度[12]，從而猜測腎臟硬度的改變也受到腎血流動力學的影響[34]，而腎臟的腎皮質與腎髓質血供豐富，因此容易受血流灌注的影響，Gennisson等[35]對豬的血流灌注壓、腎實質硬度與組織異向性及尿道壓水平的研究，得出豬腎動脈閉塞后彈性值顯著下降，而豬腎靜脈淤血彈性值顯著升高;由于腎實質結構的異向性，若超聲束垂直于剪切波的傳播方向便平行于腎椎體，經過血管及集合管界面較少，傳導的速度減弱不明顯，從而導致彈性測值增高，反之剪切波傳導過程中界面干擾較多，測出的彈性測值會減低;并證實尿道壓力與彈性值間呈線性關系，彈性測值隨著尿道壓力的增高而升高，并有學者認為彈性成像時感興趣區選在腎中極為最佳位置[29，36];探頭的壓力也與彈性測值相關，壓力越大彈性測值越大，而移植腎位置表淺，緊貼于腹壁，故對探頭壓力的影響更為明顯[37]，同時發現彈性測值與腎內及腎周有無積液、患者的體重指數、皮膚與移植腎的距離以及移植腎皮質厚度有關，在身體質量指數（BMI）≤30 kg/m2、皮膚與移植腎的距離≤3.5 cm、皮質厚度≥1 cm時所檢測出來的彈性值是最可靠的。因此在行移植腎超聲彈性成像檢查前需計算患者的BMI，超聲常規檢查測移植腎與皮膚的距離及移植腎皮質的厚度，常規CDFI檢查了解有無腎動、靜脈狹窄，患者需在檢查前排空膀胱、操作者控制好探頭壓力等，盡可能減少測量誤差。

4 總結與展望

綜上所述，超聲彈性成像技術用于評估移植腎纖維化程度、監測移植術后腎功能變化及診斷移植腎急慢性排斥反應方面大部分學者得出認可的結果，極少數學者得出與此矛盾的結果，但他們從其他方面得出有意義結果，如彈性指數反應移植腎病理狀態比血流動力學指標及血清肌酐值更加敏感，在追蹤移植腎實質結構隨時間的變化方面也具有很好的臨床應用價值，既可以說服部分肌酐穩定的患者進行診斷性穿刺活檢，從而早期發現腎功穩定而結構已有病理改變的早期可逆期的患者，還可指導免疫抑制劑方案的改變，因此超聲彈性成像技術即便取代不了穿刺活檢，但與其他監測移植腎術后狀態的指標綜合分析，也能在很大程度上準確地指導移植腎是否需要穿刺活檢，減少一定數量不必要的穿刺活檢。目前進行的有病理穿刺結果的研究大部分為小樣本研究，因此需要更大樣本病理結果對照的研究，以及更加嚴格的操作方法，避免上面闡述的影響移植腎彈性測值的因素，才能使超聲彈性成像成為協助臨床診斷移植腎病理狀態的有效方法。

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（收稿日期：2018-11-08 ?本文編輯：劉永巧）